第2章RFID系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理 (5)

1、RFID RFID 技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ) 教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)設(shè)計(jì) 一一、案例識讀與分析案例識讀與分析 二二、RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 三三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 四四、實(shí)訓(xùn)與實(shí)踐實(shí)訓(xùn)與實(shí)踐 v 無形的戰(zhàn)略資源無形的戰(zhàn)略資源無線電頻譜資源的戰(zhàn)略意義無線電頻譜資源的戰(zhàn)略意義 一、案例識讀與分析一、案例識讀與分析 案例分析與討論：案例分析與討論： 無線電頻譜資源無線電頻譜資源 （1）列舉我們?nèi)粘Ｉ钪械臒o線電主要應(yīng)用？）列舉我們?nèi)粘Ｉ钪械臒o線電主要應(yīng)用？ （2）無線電頻率作為無形的戰(zhàn)略資源，對國民經(jīng)）無線電頻率作為無

2、形的戰(zhàn)略資源，對國民經(jīng) 濟(jì)的發(fā)展起到怎么的作用？濟(jì)的發(fā)展起到怎么的作用？ 1.無線電信號的特性無線電信號的特性 在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種在高頻電路中，我們要處理的無線電信號主要有三種: :基帶（消息）基帶（消息） 信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。所謂基帶信號，就是沒有進(jìn)行調(diào)制信號、高頻載波信號和已調(diào)信號。所謂基帶信號，就是沒有進(jìn)行調(diào)制 之前的原始信號，也稱調(diào)制信號。之前的原始信號，也稱調(diào)制信號。 1）時(shí)間特性）時(shí)間特性 2）頻譜特性）頻譜特性 3）傳播特性）傳播特性 4）調(diào)制特性）調(diào)制特性 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 圖圖2-3 無線電波

3、的主要傳播方式無線電波的主要傳播方式 （a）直射傳播）直射傳播(視距視距)（b）地波傳）地波傳 播（繞射）（播（繞射）（c）天波傳播（折射）天波傳播（折射 和反射）（和反射）（d）散射傳播）散射傳播 2.電磁波譜電磁波譜 波長電磁波的產(chǎn)生機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域常常有很大區(qū)別。因此人們常波長電磁波的產(chǎn)生機(jī)理和應(yīng)用領(lǐng)域常常有很大區(qū)別。因此人們常 把各類電磁波按波長大小依次排成一列把各類電磁波按波長大小依次排成一列, ,稱為電磁波譜。若按其波長稱為電磁波譜。若按其波長 從大到小依次排列從大到小依次排列, ,有有: r: r射線、射線、X X射線、紫外線、可見光射線、紫外線、可見光( (紫、青、藍(lán)、紫、青、藍(lán)

4、、 綠、黃、橙、紅綠、黃、橙、紅) )、紅外線、無線電波、紅外線、無線電波( (微波、超短波、短波、長波微波、超短波、短波、長波) ) 等。由于它們的性質(zhì)各不相同等。由于它們的性質(zhì)各不相同, ,因而也有許多不同的用途。因而也有許多不同的用途。 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 圖圖2-42-4各種通信各種通信 介質(zhì)使用的電介質(zhì)使用的電 磁波譜范圍磁波譜范圍 3.電磁波的頻譜的劃分與分配電磁波的頻譜的劃分與分配 圖圖2-52-5為為19591959年日內(nèi)瓦會(huì)議制定的將世界劃分為三個(gè)頻率分區(qū)年日內(nèi)瓦會(huì)議制定的將世界劃分為三個(gè)頻率分區(qū) 示意圖。示意圖。1 1區(qū)為歐洲和非

5、洲；區(qū)為歐洲和非洲；2 2區(qū)為北美洲和南美洲；區(qū)為北美洲和南美洲；3 3區(qū)為亞洲和澳區(qū)為亞洲和澳 洲，國際電信聯(lián)盟的總部設(shè)在瑞士的日內(nèi)瓦。洲，國際電信聯(lián)盟的總部設(shè)在瑞士的日內(nèi)瓦。 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 圖圖2-5 ITU世界世界 頻率分區(qū)頻率分區(qū) 4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率，射頻標(biāo)簽的工作頻率也就是射頻識別系統(tǒng)的工作頻率， 射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅射頻標(biāo)簽的工作頻率不僅決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電決定著射頻識別系統(tǒng)工作原理（電 感耦合還是電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標(biāo)簽及讀感耦合還是

6、電磁耦合）、識別距離，還決定著射頻標(biāo)簽及讀 寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本寫器實(shí)現(xiàn)的難易程度和設(shè)備的成本。 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 1 1）低頻）低頻 (Low Frequency)(Low Frequency) 使用的頻段在使用的頻段在100500KHz100500KHz之間，以之間，以125KHz125KHz、135KHz135KHz最為常見最為常見 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 不易受干擾，當(dāng)標(biāo)簽靠近金屬或是液體的物品時(shí)，還能夠有效不易受干擾，當(dāng)標(biāo)簽靠近金屬或是液體的物品時(shí)，還能夠有效 的發(fā)射訊號的發(fā)射訊號 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 讀取距離短、無法同時(shí)辨識多個(gè)標(biāo)簽，主要用于

7、門禁系統(tǒng)、動(dòng)讀取距離短、無法同時(shí)辨識多個(gè)標(biāo)簽，主要用于門禁系統(tǒng)、動(dòng) 物芯片、汽車防盜器物芯片、汽車防盜器 4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 2 2）高頻）高頻 (High Frequency)(High Frequency) 使用頻段在1015MHz之間，以13.56MHz最為常見 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 感應(yīng)距離較長、讀取速度較快，而且可以同時(shí)間辨識多個(gè)標(biāo)感應(yīng)距離較長、讀取速度較快，而且可以同時(shí)間辨識多個(gè)標(biāo) 簽，主要應(yīng)用于圖書館管理、產(chǎn)品管理、智能卡等。簽，主要應(yīng)用于圖書館管理、產(chǎn)品管理、智能卡等。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 易受干擾，當(dāng)標(biāo)

8、簽靠近金屬或是液體的物品時(shí)，能夠發(fā)射有易受干擾，當(dāng)標(biāo)簽靠近金屬或是液體的物品時(shí)，能夠發(fā)射有 效發(fā)射訊號。效發(fā)射訊號。 4. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 3 3）超高頻）超高頻 (Ultra High Frequency)(Ultra High Frequency) 使用頻段在433950MHz之間，以433MHz、868950MHz最為常見 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 讀取距離較遠(yuǎn)、傳輸速率較快、可同時(shí)讀取辨識大量卷標(biāo)、 天線可用蝕刻或印刷方式制造。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 在金屬和液體的物品上讀取率不佳，主要用于鐵路車廂監(jiān) 控、倉存管理。 4

9、. RFID工作頻率的分類工作頻率的分類 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 4 4）微波）微波 (Microwave)(Microwave) 使用頻段在使用頻段在1GHz1GHz以上，其中以以上，其中以2.45GHz2.45GHz及及5.8GHz5.8GHz最為常見最為常見 特性與超高頻類似，對于環(huán)境的敏感性較高；特性與超高頻類似，對于環(huán)境的敏感性較高； 主要用于行李追蹤、物品管理、供應(yīng)鏈管理等主要用于行李追蹤、物品管理、供應(yīng)鏈管理等 微波射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括微波射頻標(biāo)簽的典型應(yīng)用包括：移動(dòng)車輛識別、電子身份證、：移動(dòng)車輛識別、電子身份證、 倉儲物流應(yīng)用、電子閉

10、鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等倉儲物流應(yīng)用、電子閉鎖防盜（電子遙控門鎖控制器）等。 相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)有：相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)有：ISO10374ISO10374，ISO18000-4ISO18000-4（2.45GHz2.45GHz）、）、 ISO18000-5ISO18000-5（5.8GHz5.8GHz）、）、ISO18000-6ISO18000-6（860-930MHz860-930MHz）、）、 ISO18000-7ISO18000-7（433.92MHz433.92MHz），），ANSI NCITS256-1999ANSI NCITS256-1999等。等。 卷標(biāo)比較表卷標(biāo)比較表- -使用頻

11、率使用頻率 低頻低頻(LF)高頻高頻(HF)超高頻超高頻(UHF) 微波微波 (Microwave) 頻率 100500K Hz 1015MHz 433950MH z 1GHz以上 常見頻段 125KHz 135KHz 13.56MHz 433MHz 868950MH z 2.45GHz 5.8GHz 系統(tǒng)型態(tài)被動(dòng)式被動(dòng)/主動(dòng)式被動(dòng)/主動(dòng)式被動(dòng)/主動(dòng)式 全球接受 頻率 是是部分部分 通訊距離50cm以內(nèi)1.5m以內(nèi)310m310m 傳輸功率72dBA/m42dBA/m10mW4W4W 成熟度成熟成熟新技術(shù)開發(fā)中 讀取方式電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)微波共振微波共振 23 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻

12、譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 卷標(biāo)比較表卷標(biāo)比較表- -使用頻率（續(xù)）使用頻率（續(xù)） 低頻低頻(LF)高頻高頻(HF)超高頻超高頻(UHF) 微波微波 (Microwave) 價(jià)格低中高高 環(huán)境影響X金屬潮濕潮濕 數(shù)據(jù)傳輸率低高較高最高 內(nèi)存(Bytes)641K256512K645121664 ISO對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn) ISO18000-2 Two Type 被動(dòng)式 ISO18000-3 Two Mode 被動(dòng)式 ISO18000-6 Two Type 被動(dòng)/半主動(dòng)式 ISO18000-4 Two Mode 被動(dòng)式/半主動(dòng)式 應(yīng)用 門禁系統(tǒng) 動(dòng)物識別 存貨控制 芯片防盜鎖 智慧卡 圖書館管理 商品管理

13、 鐵路車廂監(jiān)控 倉存管理 道路收費(fèi)系統(tǒng) 24 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 射頻識別系統(tǒng)工作頻段射頻識別系統(tǒng)工作頻段 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 射頻識別系統(tǒng)工作頻段如表射頻識別系統(tǒng)工作頻段如表2-1所示。并非表所示。并非表2-1中的所有頻率在射頻識中的所有頻率在射頻識 別中都得到了廣泛應(yīng)用，主要采用的別中都得到了廣泛應(yīng)用，主要采用的RFID頻率為有以下四個(gè)：頻率為有以下四個(gè)： 13.56007MHz，91513MHz，245050MHz，580075MHz。

14、二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 5.國際國際RFID技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規(guī)則技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規(guī)則 從應(yīng)用的趨勢來看，現(xiàn)代物流業(yè)、商品零售業(yè)會(huì)廣泛應(yīng)用從應(yīng)用的趨勢來看，現(xiàn)代物流業(yè)、商品零售業(yè)會(huì)廣泛應(yīng)用RFIDRFID技術(shù)，技術(shù)， 為什么為什么UHFUHF頻段的頻段的RFIDRFID技術(shù)會(huì)成為全球熱點(diǎn)技術(shù)會(huì)成為全球熱點(diǎn)? ?主要有以下幾個(gè)需考慮的因主要有以下幾個(gè)需考慮的因 素素( (見表見表2-22-2所示所示) )。 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 6.國際國際RFID技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規(guī)則技術(shù)特點(diǎn)及相關(guān)管理規(guī)則 基于基于RFID的

15、技術(shù)特點(diǎn)和潛在的應(yīng)用空間，國際相關(guān)無線電管理機(jī)構(gòu)已的技術(shù)特點(diǎn)和潛在的應(yīng)用空間，國際相關(guān)無線電管理機(jī)構(gòu)已 經(jīng)開始進(jìn)行頻率規(guī)劃工作，并制定了相應(yīng)的管理政策，具體情況如表經(jīng)開始進(jìn)行頻率規(guī)劃工作，并制定了相應(yīng)的管理政策，具體情況如表2-3 所示。所示。 二、二、 RFIDRFID技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識技術(shù)之頻譜基礎(chǔ)知識 7.我國我國860960MHz頻段頻率規(guī)劃和指配情況頻段頻率規(guī)劃和指配情況 我國的無線電管理機(jī)構(gòu)正積極開展我國的無線電管理機(jī)構(gòu)正積極開展RFID的頻率規(guī)劃和指配工作，并啟的頻率規(guī)劃和指配工作，并啟 動(dòng)了相關(guān)技術(shù)研究工作。我國所從事的頻率規(guī)劃工作的指導(dǎo)原則應(yīng)是：動(dòng)了相關(guān)技術(shù)研究工作。我國所從

16、事的頻率規(guī)劃工作的指導(dǎo)原則應(yīng)是： (1)必須確?，F(xiàn)有業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，必須確保現(xiàn)有業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行，在專用頻段、公眾移動(dòng)通信、集群通信頻在專用頻段、公眾移動(dòng)通信、集群通信頻 段不能安排此項(xiàng)業(yè)務(wù)；段不能安排此項(xiàng)業(yè)務(wù)； (2) 在電磁兼容分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制訂出在電磁兼容分析和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上制訂出RFID工作頻帶、發(fā)射功率、帶外工作頻帶、發(fā)射功率、帶外 發(fā)射、雜散發(fā)射等指標(biāo)，必要時(shí)要制訂配套的相關(guān)臺站管理規(guī)定發(fā)射、雜散發(fā)射等指標(biāo)，必要時(shí)要制訂配套的相關(guān)臺站管理規(guī)定； (3)制訂設(shè)備的無線技術(shù)指標(biāo)時(shí)，要考慮滿足制訂設(shè)備的無線技術(shù)指標(biāo)時(shí)，要考慮滿足RFID業(yè)務(wù)在中國的大規(guī)模有效使業(yè)務(wù)在中國的大規(guī)模有效使 用

17、的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發(fā)射功率的相關(guān)要求。表用的頻帶、信道帶寬、帶外雜散、發(fā)射功率的相關(guān)要求。表2-4是我國在是我國在 860960MHz頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。頻段的頻率規(guī)劃和指配情況。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 1. RFID天線概述天線概述 電子標(biāo)簽和讀寫器通過各自的電子標(biāo)簽和讀寫器通過各自的天線構(gòu)建起二者之間非接觸信息傳輸通道天線構(gòu)建起二者之間非接觸信息傳輸通道，如，如 圖圖2-72-7所示。無論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或藕合線圈：所示。無論是射頻標(biāo)簽還是讀寫器的正常工作，都離不開天線或藕合線圈： 一方面，無

18、源的射頻標(biāo)簽芯片要啟動(dòng)電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的一方面，無源的射頻標(biāo)簽芯片要啟動(dòng)電路工作需要通過天線在讀寫器天線產(chǎn)生的 電磁場中獲得足夠的能量；一方面，天線決定了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間的通訊信電磁場中獲得足夠的能量；一方面，天線決定了射頻標(biāo)簽與讀寫器之間的通訊信 道和通訊方式，道和通訊方式，天線在射頻標(biāo)簽與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起到了關(guān)鍵的作用！天線在射頻標(biāo)簽與讀寫器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊過程中起到了關(guān)鍵的作用！ 圖圖2-7 RFID2-7 RFID讀寫器、標(biāo)簽天線讀寫器、標(biāo)簽天線 1. RFID天線概述天線概述 （1）天線的作用與地位天線的作用與地位 無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，通過饋

19、線（電纜）輸送到天無線電發(fā)射機(jī)輸出的射頻信號功率，通過饋線（電纜）輸送到天 線，由天線以電磁波形式輻射出去線，由天線以電磁波形式輻射出去。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接。電磁波到達(dá)接收地點(diǎn)后，由天線接 下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。下來（僅僅接收很小很小一部分功率），并通過饋線送到無線電接收機(jī)。 可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，可見，天線是發(fā)射和接收電磁波的一個(gè)重要的無線電設(shè)備，沒有天線也沒有天線也 就沒有無線電通信。就沒有無線電通信。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 按用途分類，按用途分類，可分

20、為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等；可分為通信天線、電視天線、雷達(dá)天線等； 按工作頻段分類，按工作頻段分類，可分為短波天線、超短波天線、微波天線等；可分為短波天線、超短波天線、微波天線等； 按方向性分類，按方向性分類，可分為全向天線、定向天線等；可分為全向天線、定向天線等； 按外形分類，按外形分類，可分為線狀天線、面狀天線等；可分為線狀天線、面狀天線等； （2 2）天線的分類天線的分類 （1） 電磁波的輻射電磁波的輻射 導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導(dǎo)線上有交變電流流動(dòng)時(shí)，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與 導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如導(dǎo)線的長度和形狀有關(guān)。如 圖圖1

21、.1 a 所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被所示，若兩導(dǎo)線的距離很近，電場被 束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如束縛在兩導(dǎo)線之間，因而輻射很微弱；將兩導(dǎo)線張開，如 圖圖1.1 b 所示，所示， 電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。電場就散播在周圍空間，因而輻射增強(qiáng)。 必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度必須指出，當(dāng)導(dǎo)線的長度 L 遠(yuǎn)小于波長遠(yuǎn)小于波長 時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長時(shí)，輻射很微弱；導(dǎo)線的長 度度 L 增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成增大到可與波長相比擬時(shí)，導(dǎo)線上的電流將大大增加，因而就能形成 較強(qiáng)的輻射。較強(qiáng)的輻射。 圖1.1 a 圖1.1 b 三、三、

22、RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 （2） 對稱振子對稱振子 對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對稱振對稱振子是一種經(jīng)典的、迄今為止使用最廣泛的天線，單個(gè)半波對稱振 子可簡單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對子可簡單地單獨(dú)立地使用或用作為拋物面天線的饋源，也可采用多個(gè)半波對 稱振子組成天線陣。稱振子組成天線陣。 兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為兩臂長度相等的振子叫做對稱振子。每臂長度為四分之一波長、全長為 二分之一波長的振子，稱半波對稱

23、振子二分之一波長的振子，稱半波對稱振子, 見見 圖圖1.2 a 。 另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一另外，還有一種異型半波對稱振子，可看成是將全波對稱振子折合成一 個(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱個(gè)窄長的矩形框，并把全波對稱振子的兩個(gè)端點(diǎn)相疊，這個(gè)窄長的矩形框稱 為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合為折合振子，注意，折合振子的長度也是為二分之一波長，故稱為半波折合 振子振子, 見見 圖圖1.2 b 。 1/4波長波長 對稱振子對稱振子 1/4波長波長 1/2波長波長 圖1.2 a 圖1.2 b 三、三

24、、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 （3） 天線方向性的討論 型型 發(fā)射發(fā)射天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍天線的基本功能之一是把從饋線取得的能量向周圍 空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向空間輻射出去，基本功能之二是把大部分能量朝所需的方向 輻射。輻射。 垂直放置的半波對稱振子具有平放的垂直放置的半波對稱振子具有平放的 “面包圈面包圈” 形形 的立體方向圖（圖的立體方向圖（圖1.3.1 a）。）。 立體方向圖雖然立體感強(qiáng)，立體方向圖雖然立體感強(qiáng)， 但繪制困難，但繪制困難， 圖圖

25、1.3.1 b 與圖與圖1.3.1 c 給出了它的兩個(gè)主平給出了它的兩個(gè)主平 面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。面方向圖，平面方向圖描述天線在某指定平面上的方向性。 從圖從圖1.3.1 b 可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大可以看出，在振子的軸線方向上輻射為零，最大 輻射方向在水平面上；而從圖輻射方向在水平面上；而從圖1.3.1 c 可以看出，在水平面上可以看出，在水平面上 各個(gè)方向上的輻射一樣大。各個(gè)方向上的輻射一樣大。 圖圖1.3.1 c 水平面方向圖水平面方向圖圖圖1.3.1 b 垂直面方向圖垂直面方向圖圖圖1.3.1 a 立體方向圖立體方向圖 三、三、 RFI

26、DRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 （3）天線方向性增強(qiáng)）天線方向性增強(qiáng) 若干個(gè)對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生若干個(gè)對稱振子組陣，能夠控制輻射，產(chǎn)生 “扁平的面包圈扁平的面包圈” ，把信號進(jìn)一步集中到在水平面把信號進(jìn)一步集中到在水平面 方向上。方向上。 下圖是下圖是4個(gè)半波對稱振子沿垂線上下排列成一個(gè)個(gè)半波對稱振子沿垂線上下排列成一個(gè) 垂直四元陣時(shí)的垂直四元陣時(shí)的立體方向圖和垂直面立體方向圖和垂直面方向圖。方向圖。 垂直面方向圖垂直面方向圖 立體方向圖立體方向圖 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技

27、術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 也可以利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向利用反射板可把輻射能控制到單側(cè)方向 平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的平面反射板放在陣列的一邊構(gòu)成扇形區(qū)覆蓋天線。下面的水平面方向圖說明了 反射反射面面的作用的作用-反射面把功率反射到反射面把功率反射到單側(cè)方向，單側(cè)方向，提高了增益。提高了增益。 全向陣全向陣 （垂直陣列（垂直陣列 不帶平面反射板）不帶平面反射板） 拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集拋物反射面的使用，更能使天線的輻射，像光學(xué)中的探照燈那樣，把能量集 中到一個(gè)小立體

28、角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括中到一個(gè)小立體角內(nèi)，從而獲得很高的增益。不言而喻，拋物面天線的構(gòu)成包括 兩個(gè)基本要素：拋物反射面兩個(gè)基本要素：拋物反射面 和和 放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。放置在拋物面焦點(diǎn)上的輻射源。 扇形區(qū)覆蓋扇形區(qū)覆蓋 （垂直陣列（垂直陣列 帶平面反射板）帶平面反射板） 平面反射板平面反射板 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 （4） 增益增益 增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同增益是指：在輸入功率相等的條件下，實(shí)際天線與理想的輻射單元在空間同 一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。

29、它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻一點(diǎn)處所產(chǎn)生的信號的功率密度之比。它定量地描述一個(gè)天線把輸入功率集中輻 射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小，射的程度。增益顯然與天線方向圖有密切的關(guān)系，方向圖主瓣越窄，副瓣越小， 增益越高。增益越高。 可以這樣來理解增益的物理含義可以這樣來理解增益的物理含義-為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn)為在一定的距離上的某點(diǎn)處產(chǎn) 生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要生一定大小的信號，如果用理想的無方向性點(diǎn)源作為發(fā)射天線，需要100W的輸?shù)妮?入功率，而用增益為入功率，而用增益為 G = 13 dB = 20 的某定向天

30、線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只的某定向天線作為發(fā)射天線時(shí)，輸入功率只 需需 100 / 20 = 5W . 換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來換言之，某天線的增益，就其最大輻射方向上的輻射效果來 說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。說，與無方向性的理想點(diǎn)源相比，把輸入功率放大的倍數(shù)。 半波對稱振子的半波對稱振子的增益為增益為G = 2.15 dBi ; 4個(gè)半波對稱振子個(gè)半波對稱振子 沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其沿垂線上下排列，構(gòu)成一個(gè)垂直四元陣，其增益約為增益約為G = 8.15 dBi ( dBi這個(gè)單位表示比較對象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源這個(gè)單位

31、表示比較對象是各向均勻輻射的理想點(diǎn)源) 。 如果以如果以半波對稱振子作半波對稱振子作比較對象，則增益的單位是比較對象，則增益的單位是dBd . 半波對稱振子的半波對稱振子的增益為增益為G = 0 dBd （因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值為（因?yàn)槭亲约焊约罕?，比值?，取對數(shù)，取對數(shù) 得零值。）得零值。） ； 垂直四元陣，其垂直四元陣，其增益約為增益約為G = 8.15 2.15 = 6 dBd . 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 垂直極化垂直極化 （4） 天線的極化天線的極化 天線向周圍空間輻射電磁波

32、。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場和磁場構(gòu)成。人 們規(guī)定：們規(guī)定：電場的方向就是天線極化方向電場的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化。一般使用的天線為單極化 的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化的。下圖示出了兩種基本的單極化的情況：垂直極化-是最常用的；是最常用的； 水平極化水平極化-也是要被用到的。也是要被用到的。 水平極化水平極化 E E 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 垂直極化垂直極化 雙極化天線雙極化天線 下圖示出了另兩種單極化的情況：+

33、45 極化 與 -45 極化，它們僅 僅在特殊場合下使用。 這樣，共有四種單極化了，見下圖。 把垂直極化和水平極化兩種極化的 天線組合在一起，或者， 把 +45 極化和 -45 極化兩種極化的天線組合在一起，就構(gòu)成了一種 新的天線-雙極化天線。 水平極化水平極化 +45 極化極化-45 極化極化 E EE E 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 下圖示出了兩個(gè)單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天下圖示出了兩個(gè)單極化天線安裝在一起組成一付雙極化天線，注意，雙極化天 線有兩個(gè)接頭。線有兩

34、個(gè)接頭。 雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)雙極化天線輻射（或接收）兩個(gè)極化在空間相互正交（垂直）的極化在空間相互正交（垂直）的波。波。 V/H（垂直（垂直/水平）型水平）型 雙雙 極極 化化+ 45 / -45 型型 雙雙 極極 化化 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 極化損失極化損失 垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具垂直極化波要用具有垂直極化特性的天線來接收，水平極化波要用具 有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的有水平極化特性的天線來接收。右旋圓極化波要用具有右旋圓極化特性的 天線來接收，而左旋圓極

35、化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。天線來接收，而左旋圓極化波要用具有左旋圓極化特性的天線來接收。 當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號都當(dāng)來波的極化方向與接收天線的極化方向不一致時(shí)，接收到的信號都 會(huì)變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用會(huì)變小，也就是說，發(fā)生極化損失。例如：當(dāng)用+ 45 極化天線接收垂直極化天線接收垂直 極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收極化或水平極化波時(shí)，或者，當(dāng)用垂直極化天線接收 +45 極化或極化或 -45極極 化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收任一線極化化波時(shí)，等等情況下，都要產(chǎn)生極化損失。用圓極化天線接收

36、任一線極化 波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極波，或者，用線極化天線接收任一圓極化波，等等情況下，也必然發(fā)生極 化損失化損失-只能接收到來波的一半能量。只能接收到來波的一半能量。 當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極當(dāng)接收天線的極化方向與來波的極化方向完全正交時(shí)，例如用水平極 化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋化的接收天線接收垂直極化的來波，或用右旋圓極化的接收天線接收左旋 圓極化的來波時(shí)，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下圓極化的來波時(shí)，天線就完全接收不到來波的能量，這種情況下極化損失極化損失 為最大，

37、稱極化完全隔離。為最大，稱極化完全隔離。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 （6） 天線的工作頻率范圍（頻帶寬度）天線的工作頻率范圍（頻帶寬度） 無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍無論是發(fā)射天線還是接收天線，它們總是在一定的頻率范圍 （頻帶寬度）（頻帶寬度）內(nèi)工作的，天線的內(nèi)工作的，天線的頻帶寬度頻帶寬度有兩種不同的定義有兩種不同的定義- 一種是指：在駐波比一種是指：在駐波比SWR 1.5 條件下，天線的工作頻帶寬度；條件下，天線的工作頻帶寬度； 一種是指：天線增益下降一種是指：天

38、線增益下降 3 分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。分貝范圍內(nèi)的頻帶寬度。 在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，通常是按前一種定義的，具體的說，天線 的的頻帶寬度頻帶寬度就是天線的駐波比就是天線的駐波比SWR 不超過不超過 1.5 時(shí)，天線的工作頻率時(shí)，天線的工作頻率 范圍。范圍。 一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上一般說來，在工作頻帶寬度內(nèi)的各個(gè)頻率點(diǎn)上, 天線性能是有天線性能是有 差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。差異的，但這種差異造成的性能下降是可以接受的。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 2. RFID

39、2. RFID天線基礎(chǔ)知識天線基礎(chǔ)知識 （7） 反射損耗反射損耗 前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入前面已指出，當(dāng)饋線和天線匹配時(shí)，饋線上沒有反射波，只有入 射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進(jìn)的波。這時(shí)，饋線上各處射波，即饋線上傳輸?shù)闹皇窍蛱炀€方向行進(jìn)的波。這時(shí)，饋線上各處 的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特的電壓幅度與電流幅度都相等，饋線上任意一點(diǎn)的阻抗都等于它的特 性阻抗。性阻抗。 而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗而當(dāng)天線和饋線不匹配時(shí)，也就是天線阻抗不等于饋線特性阻抗 時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，

40、而不能全部吸收，時(shí)，負(fù)載就只能吸收饋線上傳輸?shù)牟糠指哳l能量，而不能全部吸收， 未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。未被吸收的那部分能量將反射回去形成反射波。 傳輸線傳輸線 50 ohms 天線天線 75 ohms 朝前朝前 10W 返回返回 0.4W 這里的反射損耗為這里的反射損耗為 10Lg(10/0.4) = 14dB 輻射 9.6 W 例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同，例如，在右圖中，由于天線與饋線的阻抗不同， 一個(gè)為一個(gè)為75 ohms，一個(gè)為一個(gè)為50 ohms ，阻抗，阻抗不匹配不匹配， 其結(jié)果是其結(jié)果是 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天

41、線的基本知識 板狀天線板狀天線 前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè)前面已指出，四個(gè)半波振子排成一個(gè) 垂直放置的直線陣的增益約為垂直放置的直線陣的增益約為 8 dB；一；一 側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常側(cè)加有一個(gè)反射板的四元式直線陣，即常 規(guī)板狀天線，其增益約為規(guī)板狀天線，其增益約為 14 17 dB 。 一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線陣一側(cè)加有一個(gè)反射板的八元式直線陣 ，即加長型板狀天線，其增益約為，即加長型板狀天線，其增益約為 16 19 dB . 不言而喻，加長型板狀天線的長不言而喻，加長型板狀天線的長 度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達(dá)度，為常規(guī)板狀天線的一倍，達(dá) 2.4 m 左左 右。

42、右。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識技術(shù)基礎(chǔ)之天線的基本知識 3. RFID3. RFID天線分類天線分類 高增益柵狀拋物面天線高增益柵狀拋物面天線 從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用從性能價(jià)格比出發(fā)，人們常常選用柵狀柵狀 拋物面天線拋物面天線作為作為直放站施主天線。由于直放站施主天線。由于拋物拋物 面面具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集具有良好的聚焦作用，所以拋物面天線集 射能力強(qiáng)，射能力強(qiáng)，直徑為直徑為 1.5 m 的的柵狀拋物面天線，柵狀拋物面天線， 在在900兆頻段，兆頻段，其增益即可達(dá)其增益即可達(dá) G = 20 dB . 它它 特別適用于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，例如它常常被選特別適用于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，例如它常常被選 用為直放站的施主天線。用為直放站的施主天線。 拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天拋物面采用柵狀結(jié)構(gòu)，一是為了減輕天 線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。線的重量，二是為了減少風(fēng)的阻力。 拋物面天線一般都能給出拋物面天線一般都能給出 不低于不低于 30 dB 的前后比的前后比 ，這也正是，這也正是直放站系統(tǒng)防自激而直放站系統(tǒng)防自激而 對接收天線對接收天線所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。所提出的必須滿足的技術(shù)指標(biāo)。 三、三、 RFIDRFID技術(shù)基礎(chǔ)之